一、MODBUS RTU簡介

MODBUS RTU（Remote Terminal Unit）是一種基于串行通信（RS-485/RS-232）的工業標準協議，采用二進制數據格式，具有高效、可靠的特點，廣泛應用于PLC、傳感器、變頻器等工業設備。

1. 主要特點

• 通信方式：主從模式（Master/Slave）

• 傳輸介質：RS-485（推薦）/ RS-232

• 數據格式：二進制（HEX）

• 校驗方式：CRC-16（循環冗余校驗）

• 默認波特率：9600、19200、38400、115200等

• 最大從站地址：247（地址范圍1~247，0為廣播地址）

---

二、MODBUS RTU數據幀格式

1. 基本幀結構

字段	說明	長度（字節）
從站地址	設備地址（1~247）	1
功能碼	操作類型（讀/寫等）	1
數據域	寄存器地址、數據等	N
CRC校驗	循環冗余校驗（低字節在前）	2

2. 常用功能碼

功能碼	名稱	操作
01	讀取線圈狀態	讀取單個/多個DO（0x/1x）
02	讀取輸入狀態	讀取DI（1x）
03	讀取保持寄存器	讀取多個AO（4x）
04	讀取輸入寄存器	讀取AI（3x）
05	寫單個線圈	控制單個DO（0x）
06	寫單個寄存器	寫入單個AO（4x）
10（0x10）	寫多個寄存器	寫入多個AO（4x）

---

三、MODBUS RTU通信示例

1. 讀取保持寄存器（功能碼03）

請求幀（Master → Slave）：

[從站地址][功能碼][起始地址高8位][起始地址低8位][寄存器數量高8位][寄存器數量低8位][CRC低8位][CRC高8位]

示例：讀取從站地址1的保持寄存器40001（0x0000），讀取1個寄存器

01 03 00 00 00 01 84 0A

解析：

• 01：從站地址1

• 03：功能碼03（讀保持寄存器）

• 00 00：寄存器地址0x0000（對應40001）

• 00 01：讀取1個寄存器

• 84 0A：CRC校驗

響應幀（Slave → Master）：

[從站地址][功能碼][字節數][數據1高8位][數據1低8位][CRC低8位][CRC高8位]

示例：返回數據1234（0x04D2）

01 03 02 04 D2 B8 5F

解析：

• 01：從站地址1

• 03：功能碼03

• 02：返回2字節數據

• 04 D2：數據0x04D2（十進制1234）

• B8 5F：CRC校驗

---

四、MODBUS RTU調試方法

1. 使用串口調試助手

1. 連接設備：

   • 使用USB轉485轉換器連接PC和設備

   • 確保A/B線正確連接（A-A，B-B）

   • 終端電阻（120Ω）在長距離通信時需啟用

2. 參數設置：

   • 波特率：9600（默認）

   • 數據位：8

   • 停止位：1

   • 校驗位：無

3. 發送MODBUS RTU指令：

   • 輸入16進制格式指令，如?01 03 00 00 00 01 84 0A

   • 點擊發送，觀察返回數據

4. 解析響應：

   • 檢查返回的CRC是否正確

   • 解析數據域（如?04 D2?表示1234）

2. 使用MODBUS Poll（專業調試工具）

• 可自動計算CRC

• 支持多種功能碼測試

• 提供數據解析和圖表顯示

---

五、CRC-16校驗計算

MODBUS RTU采用CRC-16校驗，計算步驟如下（C語言示例）：

c

#include <stdint.h>uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t length) {uint16_t crc = 0xFFFF;for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {crc ^= data[i];for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {if (crc & 0x0001) {crc >>= 1;crc ^= 0xA001;} else {crc >>= 1;}}}return crc;
}

示例：
計算?01 03 00 00 00 01?的CRC：

c

uint8_t data[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01};
uint16_t crc = crc16(data, 6);  // 返回 0x840A（低字節在前：0A 84）

---

六、常見問題與解決方案

問題	可能原因	解決方案
無響應	1. 接線錯誤（A/B反接） 2. 波特率不匹配 3. 從站地址錯誤	檢查接線、波特率、地址
CRC校驗錯誤	1. 數據損壞 2. 校驗算法錯誤	檢查通信線路，重新計算CRC
返回異常碼（錯誤響應）	1. 功能碼不支持 2. 寄存器不存在	檢查設備文檔，確認功能碼和寄存器范圍

---

七、總結

• MODBUS RTU是工業自動化中最常用的串行通信協議之一。

• 數據幀包含?地址+功能碼+數據+CRC，采用?16進制（HEX）?傳輸。

• 調試時需確保?波特率、數據位、停止位、校驗位?一致。

• CRC校驗?是確保數據完整性的關鍵。

掌握MODBUS RTU協議，可以高效調試PLC、傳感器、變頻器等設備，適用于工業自動化、SCADA系統、能源監控等場景。 🚀